Transcript diferenční GNSS - Ústav radioelektroniky

MRAR – Radiolokační a radionavigační systémy
PŘEDNÁŠKA 12
15.12.2014
Jiří Šebesta
Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně
MRAR: PŘEDNÁŠKA 12.
TÉMA: DRUZICOVÉ NAVIGAČNÍ SYSTÉMY III.
 Aplikace GNSS
 Diferenční měření
 GNSS přijímače
15.12.2014
Radionavigační systémy
strana 2
MRAR-P12: Aplikace GNSS (1/2)
 vojenské
 Vojenské
letecký přijímač
aplikace
 Dvoupásmová vf. jednotka
 námořní doprava
 civilní letectví
 pozemní doprava
 ADS, CNS
 geodézie (aplikace geolitů)
 geofyzika
 zemědělství
 ochrana přírody
 Digitální jednotka
 turistika
 měření úhlů
 frekvenční normály, měření času
15.12.2014
Radionavigační systémy
strana 3
MRAR-P12: Aplikace GNSS (2/2)
 Precision
farming (agriculture)
 Námořní
GNSS přijímač
 Geodetický
15.12.2014
Radionavigační systémy
GPS přijímač
strana 4
MRAR-P12: Diferenční měření (1/4)
 Podstatného zlepšení přesnosti GNSS lze dosáhnout opravou
naměřených vzdáleností – především eliminace ionosferického zpoždění
a případného záměrného znepřesňování
 Do bodu se známými přesnými souřadnicemi umístíme speciální
přijímač GNSS (referenční stanici) a porovnáváme skutečnou a
naměřenou polohu.
Z porovnání získáváme opravy měřených
zdánlivých vzdáleností. Tyto opravy přenášíme k navigačním
přijímačům uživatelů vhodnou komunikační linkou. Přijímače uživatelů
opravují naměřené údaje a určují polohu.
 Tato metoda se nazývá diferenční GNSS (DGNSS nebo DGPS) .
15.12.2014
Radionavigační systémy
strana 5
MRAR-P12: Diferenční měření (2/4)
 Formát oprav a doporučení pro jejich přenos byly navrženy v
dokumentu RTCM.
 Různé prameny uvádějí různou přesnost, která se použitím DGPS
dosáhne. Oficiální materiál
STANAG 4294
uvádí, že s
pravděpodobností 0,95 lze pro PPS uživatele dosáhnout pomocí DGPS
horizontální chyby 5 m, vertikální 8 m. Uživatelé SPS dosáhnou
horizontální chyby 20 m a vertikální chyby 32 m.
 Otázkou je vliv SA na diferenční GPS. Z principu je zřejmé, že DGPS
bude kompensovat SA. V případě ohrožení bezpečnosti USA podle
komentáře k Federálnímu radionavigačnímu plánu má dojít k úplnému
vypnutí systému v C/A módu (invaze v Iráku).
15.12.2014
Radionavigační systémy
strana 6
MRAR-P12: Diferenční měření (3/4)
 Nevýhodou DGNSS je omezené krytí. Opravy účinně zvyšují přesnost
v okruhu do 400 km od referenční stanice.
 Přesnost DGPS závisí rovněž na době, která uplynula od získání
korekcí. Korekce jsou použitelné asi do 15 s od jejich získání.
 Pokud není nutné provádět měření polohy v reálném čase (tj. např. v
geodézii), není ani nezbytně nutné opravy přenášet, ale hodnoty
naměřené referenční stanicí a uživatelským přijímačem se vhodně uloží a
později (off line) zpracují.
 Lze taktéž realizovat rozsáhlé sítě referenčních stanic pro GPS –
geodetická síť WAAS v USA, geostac. družice (EGNOS) a nové GPS
družice doplněny kanálem s AGPS (celoplošné vysílání korekcí).
15.12.2014
Radionavigační systémy
strana 7
MRAR-P12: Diferenční měření (4/4)
 Distribuční funkce pravděpodobnosti s SA, bez SA, difer. bez SA)
15.12.2014
Radionavigační systémy
strana 8
MRAR-P12: GNSS přijímače (1/9)
 Struktura přijímače GNSS
 Uživatelské zařízení, přijímač GNSS zpracovává signály družic a na
jeho výstupu získáváme polohové souřadnice.
 GNSS přijímač tvoří
 anténa
 navigační přijímač
 navigační počítač
 Na výstupu navigačního přijímače dostáváme zdánlivé vzdálenosti a
další signály, z nichž získáváme v navigačním počítači polohu.
15.12.2014
Radionavigační systémy
strana 9
MRAR-P12: GNSS přijímače (2/9)
 Navigační přijímač tvoří
 vstupní jednotka
 časová základna, která navigační přijímač řídí
 jeden nebo několik meřících přijímačů
 Měřící přijímač zpracovává signál tak, abychom získali zdánlivé
vzdálenosti a data tvořící navigační zprávu, kterou družice vysílá.
 Získání zdánlivých vzdáleností alespoň od čtyř družic spolu s
potřebnými daty zajistíme použitím některé ze tří možných konfigurací
navigačního přijímače.
15.12.2014
Radionavigační systémy
strana 10
MRAR-P12: GNSS přijímače (3/9)
 Obecné blokové schéma GNSS přijímače
15.12.2014
Radionavigační systémy
strana 11
MRAR-P12: GNSS přijímače (4/9)
 GPS/GALILEO pásma
15.12.2014
Radionavigační systémy
strana 12
MRAR-P12: GNSS přijímače (5/9)
 Architektura přijímačů
 sekvenční (do cca 1998)
 multikanálové (geodézie, vysoká přesnost, vyšší cena)
 multiplexní (nízká cena, menší přesnost, nižší spotřeba)
 GNSS přijímače
15.12.2014
Radionavigační systémy
strana 13
MRAR-P12: GNSS přijímače (6/9)
 Příklad řešení softwarového GNSS přijímače
15.12.2014
Radionavigační systémy
strana 14
MRAR-P12: GNSS přijímače (7/9)
 GNSS antény
15.12.2014
Radionavigační systémy
strana 15
MRAR-P12: GNSS přijímače (8/9)
 NMEA-0183
 Protokol pro komunikaci s GNSS přijímačem prostřednictvím
sériového rozhraní (např. RS232)
 NMEA = National Marine Electronics Association
 Konfigurace sériového rozhraní: 4800 bps, 8 datových bitů, bez
parity, 1 stop bit, bez handshakingu,
varianta NMEA-0183HS 38400 bps
 Zpráva začíná znakem $, následuje pětiznakový identifikátor
zprávy a za ním čárkou oddělené parametry, kontrolní součet,
zakončení CR/LF, bez $ a CR/LF max. 80 znaků
15.12.2014
Radionavigační systémy
strana 16
MRAR-P12: GNSS přijímače (9/9)
 příklad RMB zpráva
 ‘GP’ = GPS (‘GL’ = GLONASS)
 RMB = Recommended Minimum Navigation Information)
$GPRMB,A,0.66,L,003,004,4917.24,N,12309.57,W,001.3,052.5,000.5,V*20
A
status dat (A = OK)
0.66,L
Cross-track error (v mílích, 9,99 max), směr vlevo
003
počáteční trasový bod (waypoint)
004
cílový trasový bod
4917.24,N
zem. šířka cílového bodu, 49 deg. 17,24 min. N
12309.57,W
zem. délka cílového bodu 123 deg. 09,57 min. W
001.3
vzdálenost k cíli (v mílích 999.9 max)
052.5
směr k cíli (azimutální ve stupních)
000.5
rychlost vůči cíli (radiální v uzlech)
A
status příjmu (A = OK)
*20
kontrolní součet
15.12.2014
Radionavigační systémy
strana 17
Děkuji za vaši pozornost
GIOVE-A kompletace
15.12.2014
Radionavigační systémy
strana 18